안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. kf-21전투기의 미래는 더 진화하는 성공적인 5세대전투기로 발전가능할까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일단 5세대 전투기는설계 초기부터 스텔스 설계가 적용되기에 전방위적으로 스텔스 기술 적용을 통한 무기고 자체가 동체 내부로 들어갑니다.또한 통합 전자장비와, 센서, 무장이 통합운용되고인공지능을 통한 자율비행, 자동탐지 시스템이 운용되며초음속 순항과 추력편향 기술에 의한 저속 급선회도 가능합니다만4.5세대는 4세대 하드웨어에 5세대의 디지털 소프트 웨어를 결합한 기종으로5세대처럼 애초부터 스텔스를 위한 설계가 된 동체가 아닙니다.일부 스텔스 설계 적용으로 레이터 탐지를 줄이고기존 4 세대 대비 첨단 장비를 더 넣은 형태로 보면 됩니다.따라서 KF-21 경우 5세대로의 진화를 위해서는내부무장창 장착을 통한 스텔스 기능 업글이 필수적이며5세대 내부전자장비 체계 발전을 통해 5세대와 맞먹는 방향으로 업그레이 한다는 계획은 발표한 상황입니다.다만 KF-21 개량버전인 KF-21 EX 개발이 완료 된 후, 10년 정도가 더 진행되어야 할 것으로 보이기에시간이 장기적으로 볼 수 있겠습니다만최종적으로 AI활용 조종 및 최대의 스텔스 기능까지를 목표로 한다고 하니그에관련하여 정부가 정확히 이해하고 받아들여, 알맞은 지원이 되어야 하지 않을까 합니다.
기계공학
Q. 기계공학에서 배우는 역학과 관련하여
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학은근본적으로 4대 역학에 기반하여 세세하게 파생되어 파고들고 분화되어 가는 학문이라 보시면 좋습니다.4대 역학이라면열역학, 재료역학, 유체역학, 정/동역학 으로 볼 수 있으며관련된 역학에 대해 간단히 설명해보면첫째열역학은 열과 일에 관련한 학문으로서, 에너지의 흐름과 변환에 관하여 논합니다.열역학 법칙에 대해 설명하고 있으며0법칙, 1법칙, 2법칙, 3법칙으로 나뉩니다.1법칙: 에노지 보존 법칙으로 시스템 계 내의 에너지는 결국 외부로부터 방출되거나 전달되는 에너지에 따라 변화한다는 내용2법칙 : 열은 고온에서 저온으로 흐르는 것이 자연의 법칙이라는, 엔트로피 증가에 대한 법칙 3법칙: 절대영도 상태 에서의 엔트로피의 변화에 관한 법칙0법칙 :열역학의 논리적 출발점이 되는 법칙이기에 0 법칙으로 1,2 법칙보다 늦게 발견되었습니다 열적평형에 관한 법칙으로, 두 시스템 계가 온도가 동일하면, 열적 평형 상태에 있음을 나타냅니다.둘째 유체역학은 액체와 기체 같은 유체의 흐름에대한 연구 학문으로이런 유체의 움직임에 관련되는 힘, 압력, 점성 등에 대해 다룹니다.층류 난류로 나뉘는 유체흐름 유형에 대하 연구하며특히 자동차/비행기의 공기저항, 파이프내 유체흐름 설계, 열교환기 설계 등에 응용됩니다.셋째재료역학은 고체역학의 한분야로 볼 수 있으며구조물의 안전 설계를 위해, 고체 재료의 강도 및 역학적 성질을 다루는 학문입니다.구조물의 다양한 하중에 대한 고체의 거동, 변형, 변형률, 응력 등을 분석합니다.넷째 정/ 동역학 은 물체의 상태와 운동을 설명하는 중요한 분야로물체가 외부의 힘을 받았을 때 어떤 반응을 보이는가에 대해 다루는 학문입니다.정역학은 물체가 정지 및 등속 운동 시 상태를 다루고, 주로 힘의 평형을 분석하기에구조물의 해석, 건축물의 설계 등에 활용되며동역학은 물체가 가속도 운동을 할 경우의 상태를 다루며, 힘과 운동의 관계를분석하기에물체가 외부로부터 힘을 받으면 어찌 운동하는가를 예측하는 학문으로, 뉴턴의 운동법칙을 기반으로 합니다.로봇, 자동차 등 동적 시스템 설계에 활용됩니다.
기계공학
Q. 전투기의 엔진을 생산할 수 있는 기술력을 가진 국가들은 어떤 나라들이 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.전투기 관련 등항공우주 기술을 가진 국가는 그리 많지 않습니다.대한 민국도 KF-21 전투기의 엔진을 개발했다고는 하나자체적 이라기 보다는미국 GE 사의 F 414 엔진을 사용한다고 보시는 게 좋습니다.이를 한화에어로 스페이스에서 면허 생산을 한다는 것이지개발한건 아닙니다.그외미국, 영국, 프랑스, 러시아, 중국 등강대국 들이 전투기 엔진 생산 기술력을 가진 국가들 목록에 이름을 올리고 있으며이런 국가들은단지 전투기 뿐 아니라관련 제트 엔진 기술을 바탕으로미사일 및 우주 로케 기술도 다들 보유중입니다.KF-21 전투기의 엔진의 부품 국산화 율은50% 이하로 보고되고 있으습니다.정부에서는KF-21 전투기의 엔진의 국산화를 위해 10년동안 약 3조 이상 투입한다는 계획을 세우고 있는데10년간 3조의 비용은 전투기 엔진 개발이라는 관점에서는 너무 적은 예산이 아닌가 생각됩니다.이런 부분은 결국 KF-21 전투기를 수출할 경우미국 승인을 안받아도 되는 조건을 만들기 위함인데그러기 위해서는 더욱 전폭적인 지원이 필요할 것으로 판단됩니다.
기계공학
Q. 서보모터와 스테핑 모터의 차이점은 무엇이고, 각각의 적합한 응용 분야
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.서보모터 와 스테핑 모터는 서로 상반된 모터라 할 수 있습니다.서보모터는 고속에서 작동, 낮은 토크 분야에 적용되며스테핑 모터는 저속에서 작동하고, 높은 토크를 필요로 하는 분야에 적용됩니다.각각 모터에 대해 좀더 자세히 보면서보 모터는 피드벡시스템을 통해 가능하고, 외부입력에 따라 위치,속도,토크 제어가 가능합니다.주로 저토크 응용분야 , 고속에서 작동 하므로로봇팔이나 각종 정밀 제어 응용분야에 사용됩니다.그외 컨베이어 시스템에서 조립, 포장 등 빠르고 정밀한 작업이 필요한 경우에도 사용됩니다.스텝모터는피드백시스템 없이 그냥 개방루프 방식으로 작동하며, 미세한 증분으로 회전하면서 위치 정밀제어가 가능합니다.저속에서 작동하며, 높은 토크 제공 분야에 적합하므로CNC 기계 등에서 절삭 날 등의 위치 정밀 제어에 좋고로봇팔 등에서 정밀 이취 지정이 필요한 분야에서도 사용됩니다.섬유 공장 내 직물 기계 등에서도 움직임 제어에도 응용 됩니다.종합적으로서보모터는 구성이 복잡하고 정확성이 높으나 고비용이기에 로봇계열에 주로 사용되며스텝모터는 비교적 단순하고 정확도는 좀 떨어지지만 저렴하기에 CNC 기계 등에 주로 사용됩니다.
기계공학
Q. 대형 산업 장비 설계시 열 변형을 방지하기 위한 방안은?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.열 변형은 결국 소제의 열팽창에 의한 변형이므로말씀대로 크기가 클 수록 작은 변화에도 큰 변형이 일어날 수 있습니다.열변형은 결국재료의 열 팽창계수 및 내부 응력 등에 따라 발생 가능한데요열변형 방지 방안에 대해 나열해 보면첫째열팽창 계수가 낮은 소재로 장비 제작둘째제작 전 재료의 내부 응력 자체를 제거하기위한, 열처리 및 응력해소 공정 추가셋째 전체적 구조를 대칭적으로 설계하여 변형을 방지넷째열처리를 통한 방법으로 , 예열처리를 통한 열변형 방지 및 냉각과정에서 균일한 냉각진행을 통한 전체적 열응력을 최소화 하는 기법위와같은 방법을 통하여대형 기계장비의 열변형을 방지할 수 있습니다.
기계공학
Q. 압축기 설계 시 고려해야 할 주요 변수는?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.어떤 용도의 압축기를 말씀하시는 지 모르기에일반적인 설계에서의 변수를 나열해보면압축기 처리 가능한 유량압축기의 압축비 - 압축기의 압축능력압축기 효율 - 가동에 필요한 에너지 소모양회전속도 - 압축기 성능에 관계정도로 간단히 정리되며설계에 있어서 특히 고려해야 될 부분은압축기 성능에 큰 영향을 주는 내부 임펠러 설계압축 과정에서 필연적으로 발생하는 열 처리를 위한 냉각 시스템 설계 입니다.압축기라 하면 냉난방기 에서도 적용되는 형식이 많으므로냉매 압축기 부분에서 고려해야할 설계 변수를 보면압축기가 처리가능한 냉매양 과 압축비압축기에 필요한 전력과 효율압축기 내 회전속도사용하는 냉매마다의 특성 고려 를 들 수 있겠습니다.특히 냉매는 각 싸이클에서의 상변화 따른 온도변화가 크므로응축온도, 증발온도, 흡입 온도 및 냉매의 과열도 까지 고려해야만효율적이고도 안정적인 냉매 압축기 설계가 가능하겠습니다.
기계공학
Q. 배관 용접 관련 문의 드립니다 배관 LEAK ?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기본적으로물배관 용접 시물을 비우지 않고 용접은 힘이 듭니다.물이 제법 많이 나오는 경우일 수록 힘이들게 되는데용접을 하면서 높은 온도로 인해배관 내 물이 끓어버리는 현상이 발생하기에정밀한 용접이 불가해 집니다.정말 미세한 크렉이기에 잠시 테그 용접 수준으로 떼우는 경우라면 가능은 합니다배관의 구경이 어느정도 되는지 말씀주시지 않아 알수없으나현장상황에 따라 물을 빼고 넣는 게 힘든 곳일 수도 있습니다.그럴 경우는 보통용접 대신에 멀티조인트 부품을 리크 부위에 장착하여 누설을 막아줍니다.제대로 장착하면 왠만한 누설은 다 잡아 줍니다.
기계공학
Q. 석 고에 구멍을 내서 등을 설치해야되는데 어떤 공구를사용하면될까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.6인치 정도면 구멍이 상당히 큰데요.일반적으로 석고 등에 구멍을 뚫을 때는소위 말하는 홀 쏘 라는 동그란 드릴용 톱날을 장착 후 드릴을 작동시키면 됩니다만구멍하나 뚫기 위해서 6인치 용 날을 구매하려면 좀 많이 비쌀 수도 있습니다.6인치 정도면 홀 쏘 날 150 mm 정도는 필요하구요.용도는 다르나 컨크리트 벽에 구멍 뚫을 때 쓰는 코어 장비로도 가능은 합니다. 장비 앞에 150 mm 코어 날 장착만 하면 되는데이건 너무 고가라 불가하기에. 지인에게 대여가능할 경우만 사용할 수 있습니다.그 외 가장 저렴하게 할 수 있는 방법은석고는 그나마 구멍이 쉽게 나는 재질이므로조절식 구멍톱 이라는 공구를 사용하여 뚫을 수 있습니다.다양한 크기의 구멍을 뚫을 수 있도록 직경 조절이 가능한 톱으로석고보드 정도는 뚫을 수 있습니다.
기계공학
Q. 마이크로 소프트와 구글 등이 직접반도체를 개발하는것 같은데요. 반도체회사라기 보다는 융합을 위해 최적화된 프로그램 개발이라고 봐야 하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.각 기업들은클라우드 서비스 제공을 위해거대용량의 데이터 센터 운영이 필수가 되었습니다.기존에 반도체 생산업체들로 부터 수급하던 구조로는일단 비용 효율성이 떨어지고 전력소모량도 커스터마이징 된게 아니다보니 엄청 높기때문에자체 칩 개발 능력을 갖출 수록 의존도도 낮아지고 비용효율성도 증대되게 되는 상황에 직면하게 되었습니다.그 상황에서각 기업의 서비스에 최적화된 반도체 설계를 통해데이터 처리속도 증대 및 전력소모량 저감을 통해결국엔 비용효율성을 높이기 위한 행보라 보시면 되겠습니다.양자컴 분야는최근 구글에서 양자칩 개발에 따른 이슈로 블록체인 암호 해독가능 관련으로 큰 파도가 있었습니다만관련해서 대응하는 부분도 결국 양자컴으로 대응가능하기에 결국에는 양자는 양자로 대응하는 구도로 편성될 것으로 보입니다.상용화는 30년 후다 라는 엔비디아 말도 있으나 그건 본사의 당장 손해를 무마하기위한 주장으로 받아들여지며일반적으로 2030년 내에 양자컴 실용화를 말하는 추세입니다마이크로 소프트 또한 양자칩 개발 완료 소식이 들려오는 추세를 본다면늦어도 10년안에 양자컴 상용화가 보이지않을 까 싶습니다.아직은 양자컴 구축에 필요한 막대한 비용의 문제에러보정 및 하드웨어 안정성 문제등이 상용화를 막는 걸림돌이겠으나향후 창출해낼 경제적 가치는 2040년까지4500~8500억 미화 달러 가량의 경제적 가치 창출을 예상하고들 있습니다.
기계공학
Q. 기계공학에서 자동화 기술의 최신 동향은?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학에서의 자동화 기술의 기반은로봇기술과 메카트로닉스의 조합을 통한자동화의 발전 이었습니다만최근의 트랜드는결국 스마트 팩토리를 향해 가는 길이라 하겠습니다.스마트 팩토리는 IoT 기술 활용을 통한 제조공정 전반의 자동화 및 실시간 데이터 분석통한 생산성 최적화가 이뤄지는 공장인데요.모든 공정에서의 실시간 데이터 분석/적용 통한 생산성 향상 및 문제점 발생에 대한 즉각적 대응이 이뤄지는 방식입니다.특히 발전중인 협동로봇 분야에 인공지능 및 IoT 네트워크 결합으로각 데이터의 공유를 통한 협력 및 데이터중심 의사결정의 가능으로모든 과정이 신속하고 효율적이며 자동으로 이뤄지는 방식입니다.그 안에서 또 지속적으로 AI 자율학습을 통한 진화가 이뤄지고그에대한 데이터가 공유되는 방식이므로더욱 복잡한 작업이 이뤄진다 해도자율성과 효율성이 증대되는 , 혁신적인 방향으로 흘러가고 있습니다.